JPS593219A - ロ−ドセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕 この発明は、たとえば電子秤等に用いられるロードセル
に関するものである。 〔発明の技術的背景及びその問題点〕 従来、ビームに四つのストレンゲージをブリッジ回路と
して接続しつつ接着したロードセルが存するが、接着層
の厚を一定に保つことが難しく、ストレンゲージとビー
ムとの間に生ずる静電容量の分布のバランスをとること
ができない。したがって、ブリッジ回路に駆動電源とし
て交流電源を印加したときに荷重に対して出力が正確に
比例することが難しく直線性が悪い。 最近は、ビームの表面にストレンゲージや調整用の諸抵
抗をブリッジ回路として接続しつつ薄膜法によりパター
ン化しつつ形成しているが、前述したように静電容量の
分布にバラツキがあり、直線性が悪い点については解決
されていない。 〔発明の目的〕 この発明は一ヒ述のような点に鑑みなされたもので、ビ
ームとビーム上のパターンとの間に生ずり静電容量の分
布のバランスを保ち精緻な計量を行ないうるロードセル
をうることを目的とするものである。 〔発ゆ」の概女、］ この発明り″、ビームの一面に形成された絶縁層の表面
に、四つのストレンゲージと、これらのストレンゲージ
全ブリッジ回路として接続するり一ドｉ４Ｅ′＆と、互
いにリード電極によシ直列に接続されるとともにブリッ
ジ回路の入力側の一極のそれぞれに対称的に接続される
二組のスパン温度補償抵抗及びスパン調整抵抗とを薄膜
法によりパターンをもって形成し、このパターンとビー
ムとの間に虫する静電容量の分布のバランスをパターン
の面積を設定することによって維持し、しかも、スパン
温度補償抵抗とスパン調整抵抗と全二組に分けてブリッ
ジ回路の入力側の両極に接続し、調整時に二つのスパン
温度補償抵抗及びスパン調整抵抗をパターンの面積と抵
抗値を等しく定めることにより、スパン温度補償抵抗と
スパン調整抵抗とをトリミングして調整した後において
もパターンの面積及び静電容量のアンバランスを確実に
防止し、Ｌ、たがって、荷重に対する出力特性を直線に
近ずけて精緻は計量を行ないうるように構成したもので
ある。 〔発明の実施例〕 この発明の一実施例を図面に基いて説明する。 （１）は５ＵＳ６３０等によるビームで、このビーム（
１）には側面に孔（２）全形成することにより薄肉の起
歪部（３）（４）が形成され、上面には樹脂による絶縁
層（５）が形成されている。さらに、ビーム（１）の一
端にはロードセル秤のベースの取付部に片持状態で取付
けられる取付孔（６）が形成され、他端には載せ皿が取
付けられる取付孔（７）が形成されている。 しかして、絶縁層（５）の表面には、たとえばニッケル
クローム層と抵抗の小さい金箔層とを順次蒸着法やスパ
ッタリング法等の薄膜法により形成した後金箔層を選択
エツチングすることによシ、外部回路に接続される金箔
層による接続端子（ＶＥ＋）（Ｖｓｅ−）　（Ｖ□”）
　（ＶＯ−）とリード電極（８）とが形成され、さらに
、金箔層をエツチングして下層のニッケルクロム層を露
出することによ如四つのストレンゲージ（Ｒ１）　（Ｒ
２）　（Ｒ８）　（Ｒ４）と二つのブリッジバランス補
正抵抗（ｒｏ２）（ｒｏａ）とスパン温度補償抵抗（Ｒ
８Ｉ）（Ｒ８２）とスパン調整抵抗（ＲＸＩ　ＸＲＸ２
）とが形成されている。ストレンゲージ（Ｒ１）　（Ｒ
２）　（Ｒ３）　（Ｒ４）とブリッジバランス補正抵抗
（ｒｏｔ）（ｒｏａ）とはリード電極（８）によシブリ
ッジ回路（９）として接続され、ブリッジ回路（９）の
入力側の一極の接続点（イ）はスパン温度補償抵抗（Ｒ
ｓ＋）とスパン調整抵抗（Ｒｘ＋）とをを介して接続端
子（ＶＢ”）に接続され、ブリッジ回路（９）の入力側
の他極の接続点（ロ）はスパン温度補償抵抗（Ｒ８２）
とスパン調整抵抗（ＲＸ２）を介して接続端子（ＭＥ　
）に接続されている。ブリッジ回路（９）の出力側の接
続点←→に）はそれぞれ接続端子（Ｖｏ＋）　（Ｖｏ　
）に接続されている。スパン温度補償抵抗（Ｒ８Ｉ）（
Ｒ８２）とスパン調ｕｉ抗（Ｒｘ＋）（Ｒｘｚ）とブリ
ッジバランス補正抵抗（ｒｏ＝）（ｒｏｍ）とは、一部
をトリミングして長さを変えて抵抗値を調整する一種の
可変抵抗である。 計量に際しては接続端子ｆｆＥ＋）　（ＶＥつを交流電
源に接続し、取付孔（７）に連結された載せ皿に品物を
置くと、ビーム（１）は一方の起歪部（３）が引張られ
他方の起歪部（４）が圧縮される状態でわずかに変形し
、起歪部（３）上のストレンゲージ（Ｒ１）　（Ｒ２）
の抵抗値は（Ｒ十ΔＲ）、起歪部（４）上のストレンゲ
ージ（Ｒｓ）　（Ｒ４）の抵抗値は（Ｒ−ΔＲ）と変化
する。したがって、ブリッジ回路（９）の出力（Ｖ、）
は荷重に比例する値を示し、この電気信号に変換された
出力を外部回路により処理することによって計量値が示
される。 しかし、交流電源駆動の場合にはビーム（１）と絶縁層
（５）上のパターンとの間に生ずる静電容量の分布のバ
ランスが保たれていないと計量誤差を生ずる。すなわち
、第４図にビーム（１）とパターンの各部との間に生ず
る静電容量の分布を示すが、分布のバランスはパターン
の面積に左右される。ブリッジ回路（９）は接続点（／
→に）を境として接続端子（ＶＥ＋）に接続される半分
のパターンと接続端子（ＶＥ　）に接続される半分のパ
ターンとに部分される。また、接続点（イ）（ロ）（ハ
）に）の点で分けることによ９四つに分けられる。スト
レンゲージ（Ｒ１）を含む一つの領域のパターンの静電
容量はストレンゲージ（Ｒｔ）の部分とその両極に接続
されたリード電極（８）の部分とを含む（Ｃ１ｌ　＋Ｃ
１２＋Ｃ１３）である。同様に、ストレンゲージ（Ｒ２
）を含む第二の領域のパターンの静電容量ｔｊ°（Ｃ２
１＋Ｃ２２七Ｃ２３）、ストレンゲージ（Ｒ３）を含む
第三の領域のパターンの静電容量は（Ｃ３１十Ｃ３□十
Ｃａ５）　、ストレンゲージ（Ｒ４）を含む第四の領域
のパターンの静電容量は（Ｃ４１モＣ４２＋Ｃａ　）　
、接続点（イ）から接続端子（Ｖｇ　）に至る領域のパ
ターンの静電容量は０５、接続点（ロ）から接続端子（
ＶＥ）に至る領域のパターンの静電容量はＣ６、接続点
←→から接続端子（ｖＯ）に至るリード電極（８）の領
域のパターンの静電容量はＣ７、接続点に）から接続端
子（Ｖｏ　）に至るリード電極（８）の領域のパターン
の静電容量はＣ６である。それぞれの領域区分は第４図
に仮想線をもって示しておく。 第５図はビーム（１）及び接続端子（Ｖｏ　）を接地し
て使用する場合の等何回路である。ここで、ブリッジバ
ランス補正抵抗（ｒｏｚＸｒｏａ）　、スパン温度補償
抵抗（Ｒ８Ｉ）（Ｒ８２）　、スパン調整抵抗（Ｒｘ　
ｔ　）　（ＲＸ２　）の電位勾配を無視すれば、第４図
に示した各領域のパターンの静電容量と第５図に等何回
路として示したＣ’ｌ　、　Ｃ’２　、　ｃｏとの関係
は近似的に次の式で表わされる。 Ｃ０−Ｃ７＋Ｃ４３＋Ｃ２３ 第４図に示した”Ｂ　、Ｃ１３ｓ　Ｃ１１８の静電容量
はビーム（１）及び接続端子（Ｖｏ　）を接地すると云
う条件から等何回路では無視し９る。また、四つのスト
レンゲージ（Ｒ１）　（Ｒ２）　（Ｒ３）　（Ｒ４）も
基本的に同一のパターンであるから、 と云う関係式が成立する。 （仮定１）　出力側の静電容量Ｃｏは計算上無視する。 （仮定２）　　ブリッジバランス補正抵抗（ｒｏ　２　
Ｘ　ｒｏ　ａ　）は計算上無視する。 （仮定３）　　ブリッジバランス（ゼロバランス）状態
の時のストレンゲージ（Ｒ１）（Ｒ２）（Ｒ３）（Ｒ４
）の抵抗値はそれぞれ等しくＲとして示し、荷重時の抵
抗値の変 化をテンション側では（Ｒ１＝Ｒ４−Ｒ十ΔＲ）コンプ
レッション側でハＲ＠＝Ｒ４＝Ｒ−ΔＲ）として示す。 以上の仮定を設けてブリッジ回路（９）の出力を計算す
ると、 ΔＲ ０式にＲ１＝Ｒ４＝Ｒ＋ΔＲ、Ｒ３＝＆＝Ｒ−ΔＲを代
入し、Ｔ＝２と置き換えて整理すると、 ■式において、σ１＝σ３＝０とおけばΔＲ ｖ（、＝　ｚ　ｖ’、　＝　Ｔｖ’ｅ となる。したがって、■式において、 第１項のＸはストレンゲージの抵抗変化率であり荷重に
比例する。 路として示

【７たびｌ、Ｃ３のアンバランスによって発
生する項である。また、 量（γｈσ富が存在するために発生する項である。 そして、■式の〔〕内の項はｊを含む虚数部とｊを含′
まない実数部とに分けられるが、実数部をＡ、虚数部を
Ｂとおき、（ｖ″ｅ＝　Ｅ’ｅｓｉｎωｔ）とすれば、 Ｖｏ＝　σ正１ｉ：’６　ｓｉｎ　（ωｔ＋ψ）；ψ＝
ｔａｎ−１髪、、、、、、、、、■々る式が成立する。 すなわち、虚数部と実数部の比はｖ′８に対してψなる
位相角を与える。 本発明はブリッジ回路（９）を接続点（ハ）（イ）に）
にわたる半分の領域のパターンと接続点（ハ）（ロ）に
）にわたる半分の領域のパターンとに部分しそれら部分
したパターンの面積を等しく定め、接続端子（ＶＥ十）
から接続点（イ）に至る領域のパターンの面積と、接続
端子（ＶＺ−）から接続点＃：１）に至る領域のパター
ンの面積とを等しく定めたものである。そのために、各
ストレンゲージ（ＲｔＸＲｇＸＲｓＸＲ４）の面積を一
致さぜ、ブリッジバランス補正抵抗（ｒＯ諺Ｘｒ−１１
）の面積を一致させ、しかもリード電極（８）の膜厚を
大きくし太さを細くして面積を縮少してブリッジ回路（
９）の接続点（イ）〜に）、接続点（イ）〜ｆ→、接続
号ｆｐ）〜に）に等分した四つの領域のパターンの面積
を一致させ、さらに調整時に、スパン温度補償抵抗（Ｒ
ｓｉ）及びスパン調整抵抗（Ｒ★ｌ）の面積の和と、ス
パン温度補償抵抗（Ｒｓ　＊　）及びスパン調整抵抗（
Ｉｔｘｍ）の和とを一致させたものである。 すなわち、第４図に細分したパターンに対応してそれぞ
れの領域のパターンとビーム（１）との間に生ずる静電
容量を示したが、（Ｃｏ”Ｃｕ＋Ｑｓ）と、（ＣＩｌｌ
＋Ｃ２２＋Ｃｚｓ）と、（Ｃｓｌ＋Ｃｓ１ｌ＋Ｃａｇ）
と、（Ｃ４１＋Ｃ４ｔ＋ｃ１ｓ）とは等しい。また、Ｃ
５と０６とけ等しい。したがって、００式においてＣ′
−及びＣ１０を求めたときに（Ｃ’ｔ＝Ｃ’ｌ　）が成
立する。 ＪＲ 第６図は荷重（ｉ）に対する出力（Ｖ、）の関係を示し
たグ２７である。荷重時テンション側のストレンゲージ
（Ｒ１）及び（Ｒ２）の抵抗は（Ｒ十ＪＲ）と変化し、
コンプレッション側のストレンジ’ｌ−シ（Ｒａ　）　
及ヒ（Ｒ４）の抵抗は（Ｒ−ＪＲ）と変化するが、Ｒｍ
２Ｋｊｌ、Ｃ′】＋Ｃ’Ｓ　＝２００　ＦＦとしたとき
に、Ｃ’ｌ＝Ｃ’ｌ＝　１００ＦＦでは荷重の変化に対
して出力が直線的に変化することが分る。Ｃ／１とＣ’
ｇとがアンバランスのときは±５％と±１０％と二通り
のケースを示したがアンバランスの量が増える程直線性
が悪くなシ、小荷重程計量課差が大きくなることが分る
。 第７図は、σ１＝１１ＯＦＦ　、　Ｃ’１＝９０７Ｆす
なわちＣ／１とＣ’Ｓとのアンバランス量±ｌθ％の場
合において、荷重に対する出力の変化を示したものであ
るが、いずれも直線性が悪い。とくにストレンゲージの
抵抗値が大きくなる程直線性が悪くなる。 さらに、第８図は、Ｃ’ｔ＝１１０ＰＦ　、　Ｃ’５＝
９０ｒＦすなわちＣ１０とＣ’ｊとのアンバランス量が
±１０％の場合において、荷重に対する出力の変化を示
したものであるが、交流駆動電圧の周波数が高くなる程
ゼロ付近の直線性が悪くなる。 ３ しかし、本発明によれば、Ｃ’ｌ−Ｃ’Ｓの条件が満さ
れるため微小荷重においても直線性が優れ正確な計量を
行ないうる。とくに、調整に際してスパン温度補償抵抗
やスパン調整抵抗ヲトリミングするとパターン全体の面
積や静電容量に狂いを生ずるものであるが、スパン温度
補償抵抗（Ｒｍ　ｓ　）　（Ｒｓ　＊　）同志及びスパ
ン調整抵抗（Ｒｘｚ）（Ｒｘ＊）同志は、それぞれブリ
ッジ回路（９）の入力側の両極に対称的に接続されて抵
抗値及び面積を等しくしてトリミングされることによシ
、調整後のパターン全体の面積及び静電容量の分布のア
ンバランスを確実に防止することができる。 〔発明の効果〕 この発明は上述のように構成したので、ビームをパター
ンとの間に静電容量が生ずるが、静電容量の分布全バラ
ンスさせることができ、しかも、二つのスパン温度補償
抵抗及び二つのスパン調整抵抗を等分にトリミングする
ことができ、これによシ、調整後においても全体のパタ
ーンの面積及び静電容量のアンバランスを確実に防止す
ること４ ができ、これにより、荷重に対するブリッジ回路の出力
を直線的に変化させることができ、したがって、微小荷
重においても精緻な計ｊｋヲ行なうことができる等の効
果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示すもので、第１図ｒ」斜
視図、第２図はビーム上のパターンを拡大して示した平
面図、第３図は電気回路図、第４図はビーム上のパター
ンを領域別に分割しそれぞれの領域で発生する静電容量
金示す分布図、第５図は等価回路図、第６図は荷重の変
化に対する出力の変化を靜電容Ｉの分布のバランス状態
毎に示したグラフ、第７図は荷重の変化に対する出力の
変化をストレンゲージの抵抗値毎に示したグラフ、第８
図は荷重の変化に対する出力の変化を示すグラフである
。 １・・・ビーム、３〜４・・・起歪部、５・・・絶縁層
、８・・・リード電極、９・・・ブリッジ回路、Ｒ０〜
Ｒ４・・・ストレンゲージ、Ｒ１＊Ｒ＠　２・・・スパ
ン温度補償抵抗、”Ｘ　ｌ　＋ＲＸｌ・・・スパン調整
抵抗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 起歪部が形成されたビームに絶縁層を形成し、この絶縁
   層の表面に四つのストレンゲージとこれらのストレンゲ
   ージをブリッジ回路として接続するリード電極と、互い
   にリード電極により直列に接続されるとともに前記ブリ
   ッジ回路の入力側の両極のそれぞれに対称的に接続され
   る二組のスパン温度補償抵抗及びスパン調整抵抗とを薄
   膜法により所定のパターンをもって形成し、前記ブリッ
   ジ回路をその入力側の両極の中間部において部分してこ
   れらの部分した領域のパターンの面積を等しく設定し、
   前記ブリッジ回路の入力側の両極に接続された前記スパ
   ン調整抵抗をそれぞれ抵抗値及びパターンの面積を等し
   く設定するとともに、前記ブリッジ回路の入力側の両極
   に接続された前記スパン温度補償抵抗をそれぞれ抵抗値
   及びパターンの面積を等しく設定したことを特徴とする
   ロードセル。